CN109604550B - 一种镁合金垂直半连续铸造装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种镁合金垂直半连续铸造装置，包括结晶器，结晶器顶部连接有中间包，中间包外部包裹设置有加热圈；中间包包括引流容纳部和浇流调节部，引流容纳部用于将外部的镁合金熔液引流并储存至其内，浇流调节部用于将引流容纳部内储存的镁合金熔液浇流至结晶器内，并通过其外部的加热圈来调节结晶器内对应位置镁合金熔液的温度，以控制镁合金结晶坯料的凝结界面高度；本发明在不改变已有结晶器结构的基础上，通过凝结界面调节套对坯料的凝结界面进行调节，使镁合金坯料在结晶过程中的凝结界面可控，避免由于凝结界面不可控引起的坯料表面裂痕，从而提高产品的成品率。

Description

一种镁合金垂直半连续铸造装置

【技术领域】

本发明属于镁合金铸造技术领域，尤其涉及一种镁合金垂直半连续铸造装置。

【背景技术】

镁合金具有低密度、高强度、高比刚度、吸震能力强等优点，在汽车的非结构件已经得到了大量的应用，具有明显的减重效果。但在汽车用结构件上，镁合金的应用则很少。以汽车轮毂为例，轮毂是汽车中最重要的安全部件结构件之一，单位部件的惯性质量在整车中所占比重非常高仅次于发动机系统，镁合金的特点以及其工艺在汽车轮毂的可行性已经得到了大量试验的验证，在未来的十年内，镁合金轮毂将逐步取代目前流行的铝合金轮毂，可使汽车轮毂重量减轻35％，按每辆汽车轮毂减重5kg，每年行驶3万公里计算，可节油1050升，节能效果非常明显，具有显著的社会效益。

现有的镁合金轮毂仍然有采用铸造方法生产的，但是铸造轮毂的组织致密性无法达到锻造轮毂的水平。因此，采用大吨位压力机进行锻造生产镁合金轮毂是未来的必然发展趋势，然而锻造镁轮毂需要大直径的镁合金圆棒，而镁合金圆棒需要连续铸造生产出来。

在镁合金连铸的生产过程中，镁合金在结晶器中进行结晶凝结，结晶后通过引锭装置将结晶坯料引出，但是在结晶的过程中，结晶温度调节复杂度高，当结晶温度不可控时，易坯料的凝结界面不稳定，最终引出坯料产生裂痕，而影响坯料的成品率。

【发明内容】

本发明的目的是提供一种镁合金垂直半连续铸造装置，以解决镁合金连铸生产时在结晶器中的凝结界面不可控的问题。

本发明采用以下技术方案：一种镁合金垂直半连续铸造装置，包括结晶器，结晶器顶部连接有中间包，中间包外部包裹设置有加热圈；

中间包包括引流容纳部和浇流调节部，引流容纳部与浇流调节部相互连通，且引流容纳部位于浇流调节部的上方；引流容纳部用于将外部的镁合金熔液引流并储存至其内，浇流调节部用于将引流容纳部内储存的镁合金熔液浇流至结晶器内，并通过其外部的加热圈来调节结晶器内对应位置镁合金熔液的温度，以控制镁合金结晶坯料的凝结界面高度。

进一步的，结晶器和中间包之间还设置有高度调节件，高度调节件用于通过改变其高长度以调节中间包的高度，进而调节浇流调节部在结晶器内的位置。

进一步的，浇流调节部包括与引流容纳部相连通的浇流道和凝结界面调节套，凝结界面调节套位于浇流道的底部，且其深入结晶器内部。

进一步的，凝结界面调节套呈喇叭口状，喇叭口朝向结晶器底部。

进一步的，引流容纳部包括与浇流道相连通的容纳空间，容纳空间内设置有移液管，移液管一端伸入容纳空间内，另一端连接至外部浇注炉，移液管用于将外部浇注炉内的镁合金熔液引流至容纳空间内。

进一步的，浇流道与容纳空间的接口设置有流量调节圆锥，流量调节圆锥的前端朝向浇流道且呈锥形，其用于封闭或打开浇流道与容纳空间的接口，流量调节圆锥后端朝向容纳空间且呈柱形，流量调节圆锥的后端连接丝杠，丝杠穿过容纳空间并固定在容纳空间外壁的丝杠螺母上，且丝杠的外端部设置有旋转手柄。

进一步的，容纳空间的顶部设置有进气管，进气管用于将外部保护气体引入容纳空间内部；容纳空间的侧壁上还设置有溢流口。

进一步的，高度调节件设置于加热圈外部，且高度调节件与加热圈之间填充绝热层。

进一步的，容纳空间内设置有滤渣板，滤渣板用于将从移液管中流出的镁合金熔液进行过滤，以滤除镁合金残渣。

进一步的，结晶器底部设置有引锭杆，引锭杆、结晶器内壁和凝结界面调节套之间形成镁合金熔液液腔。

本发明的有益效果是：在不改变已有结晶器结构的基础上，通过凝结界面调节套对坯料的凝结界面进行调节，使镁合金坯料在结晶过程中的凝结界面可控，避免由于凝结界面不可控引起的坯料表面裂痕，从而提高产品的成品率，本装置制造简单控制精度高，安全可靠，对镁合金铸件低压铸造的连续生产奠定了基础，具有重要的实际意义。

【附图说明】

图1为本发明一种镁合金垂直半连续铸造装置的结构示意图。

其中：1.旋转手柄；2.丝杠螺母；3.进气管；4.溢流口；5.中间包；6.流量调节圆锥；7.绝热层；8.高度调节件；9.加热圈；10.结晶器；11.滤渣板；12.移液管；13.液腔；14.引锭杆；15.凝结界面调节套。

【具体实施方式】

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明公开了一种镁合金垂直半连续铸造装置，如图1所示，包括结晶器10，结晶器10可以将流入其内部的镁合金熔液结晶凝结成镁合金坯料。

结晶器10顶部连接有中间包5，中间包5外部包裹设置有加热圈9，通过调节加热圈9的温度可以保持中间包5内镁合金熔液的温度，避免因温度过低而结晶，进而堵塞装备。中间包5作为熔炼炉和结晶器10的连接件，可以实现镁合金熔液的转移和储存，其通常选用箱体状。

中间包5包括引流容纳部和浇流调节部，引流容纳部与浇流调节部相互连通，且引流容纳部位于浇流调节部的上方，以通过重力的作用，使镁合金熔液流动。引流容纳部用于将外部的镁合金熔液引流并储存至其内，浇流调节部用于将引流容纳部内储存的镁合金熔液浇流至结晶器10内，镁合金熔液在结晶器10内进行结晶凝结，在结晶凝结的过程中，可以通过浇流调节部外部的加热圈9来调节结晶器10内对应位置镁合金熔液的温度，以控制镁合金结晶坯料的凝结界面高度，避免结晶坯料凝结界面过高或过低，进而避免产生产品质量问题或者安全生产事故。

结晶器10和中间包5之间还设置有高度调节件8，高度调节件8设置在结晶器10外壁和中间包5外壁之间，优选可以采用不锈钢钢管，通过更换不同长度的不锈钢钢管可以将中间包5和结晶器10之间的间距加大，进而使中间包5底部的凝结界面调节套15在结晶器10内上下移动，由于凝结界面调节套15外部有加热圈9，因此，凝结界面调节套15可以影响到结晶器内镁合金熔液的温度，改变镁合金凝结界面前沿的温度场，进而影响结晶器内结晶凝结界面的相对高度，使结晶凝结界面高度保持的合理的范围内，固相液相的镁合金在结晶器内维持平衡，避免由于结晶凝结界面高度过高产生坯料堵塞结晶器，或由于结晶凝结界面高度过低而引起的结晶器内镁合金熔液从结晶器底部漏出。高度调节件8还可以采用可调高度的千斤顶或其他起到支撑调节作用的部件，但是必须保证中间包5和结晶器10之间的支撑平稳稳定。

由于凝结界面调节套15要在结晶器10内移动，为了避免二者接触缝隙处镁合金熔液溢出，可再二者相交处用石棉垫片或石墨垫片或其他绝热材料进行密封，保证整个装置的安全性。

高度调节件8用于通过改变其自身长度以调节中间包5的高度，进而调节浇流调节部在结晶器10内的位置。高度调节件8设置于加热圈9外部，且高度调节件8与加热圈9之间填充绝热层7，通过绝热层7可以起到保温作用，充分利用加热圈9的热量，也避免镁合金熔液的热能流失，避免镁合金熔液热能流失严重后结晶堵塞设备。

浇流调节部包括与引流容纳部相连通的浇流道和凝结界面调节套15，凝结界面调节套15位于浇流道的底部，且其深入结晶器10内部。结晶器10底部设置有引锭杆14，引锭杆14一端部伸入结晶器10内部，引锭杆14、结晶器10内壁和凝结界面调节套15(其位于结晶器10上部)之间形成镁合金熔液液腔13。凝结界面调节套15呈喇叭口状，喇叭口朝向结晶器10底部，这样，喇叭口的敞口处与结晶器的型壁呈钝角，可以避免由于尖角导致合金液冷却过快形成固相妨碍抽拉的情况。

引流容纳部包括与浇流道相连通的容纳空间，容纳空间的顶部设置有进气管3，进气管3用于将外部保护气体引入容纳空间内部，保护气体可以保护容纳空间的镁合金熔液不会产生反应，保证生产的正常进行，常用的保护气体为氩气和和六氟化硫。容纳空间的侧壁上还设置有溢流口4，当容纳空间中镁合金熔液过多时，会通过溢流口流出，此时，可以关闭移液管上的截流阀，停止向中间包中转移镁合金熔液。

容纳空间内设置有移液管12，移液管12一端伸入容纳空间内，另一端连接至外部浇注炉，移液管12用于将外部浇注炉内的镁合金熔液引流至容纳空间内。容纳空间内设置有滤渣板11，滤渣板11用于将从移液管12中流出的镁合金熔液进行过滤，以滤除过滤镁合金熔液中的镁合金残渣，滤渣板11优选的可以安装在靠近移液管12的位置，也可以安装在移液管12的管口。

浇流道与容纳空间的接口设置有流量调节圆锥6，通过锥截面可以随着高度变化连续可调的改变流量，避免采用其它截面时流量变化太过于突兀而影响生产，流量调节圆锥6的前端朝向浇流道且呈锥形，其用于封闭或打开浇流道与容纳空间的接口，流量调节圆锥后端朝向容纳空间且呈柱形，流量调节圆锥6的后端连接丝杠，丝杠穿过容纳空间并固定在容纳空间外壁的丝杠螺母2上，且丝杠的外端部设置有旋转手柄1，通过转动旋转手柄1，可以带动丝杠向上运动，进而带动流量调节圆锥6向上运动，打开浇流道和容纳空间的接口，使镁合金熔液在中立的作用下流进结晶器10内，当需要关闭接口时，相反方向转动旋转手柄1即可。

本装置的工作流程为：

在外部浇注炉坩埚内熔化镁合金，同时在中间包5内形成封闭空间，通过进气管3输入保护气。镁合金液精炼完毕后，打开截流阀，并通过移液管12将纯净的镁合金熔液压送至中间包5内，压送完成后，利用中间包5外的旋转手柄1升降流量调节圆锥6，流量调节圆,6升起后，中间包5内的镁合金熔液通过其和中间包浇流道之间的缝隙进入凝结界面调节套15，进而流入结晶器10，通过调节高度调节件8的高度，进而带动中间包5向上或向下移动，进而调节凝结界面调节套15的在结晶器10内高度，根据现场生产情况确定最佳凝结界面位置后(引锭杆14在预定抽拉速度下抽拉，拉出来的镁合金棒坯表面没有裂纹就说明凝结界面位置为最佳位置)，进行正常的连续铸造过程，从而保证了大直径无氧化无渣镁合金连铸棒铸件的连续生产。

实施例1：

在本装置之外的在熔化炉坩埚内熔炼AZ80镁合金，利用本装置，先通入保护氩气，镁合金液精炼完毕后，打开截流阀，通过压力利用移液管将纯净的镁合金液送至中间包5内，压送完成后,利用中间包外旋转手柄升降流量调节圆锥6，流量调节圆锥6升起后，中间包5内的镁合金液进入凝结界面调节套15进而流入结晶器2，通过调节凝结界面调节套5的高度(本实施例中凝结界面调节套选用陶瓷材料制成)，确定最佳凝结界面位置后，抽拉引锭杆1进行正常的连续铸造过程，从而保证了大直径AZ80无氧化渣镁合金连铸棒铸件的连续生产。

实施例2：

在本装置之外的在熔化炉坩埚内熔炼AZ91镁合金，利用本装置，先通入保护氩气，镁合金液精炼完毕后，打开截流阀，通过压力利用移液管将纯净的镁合金液经压送至中间包5内，压送完成后，利用中间5外旋转手柄1升降流量调节圆锥6，流量调节圆锥7升起后，中间包5内的镁合金液进入凝结界面调节套15进而流入结晶器10，通过调节凝结界面调节套15的高度，确定最佳凝结界面位置后，抽拉引锭杆14进行正常的连续铸造过程，从而保证了大直径AZ91无氧化渣镁合金连铸棒铸件的连续生产。

本实施例中，采用对移液管、中间包和凝结界面调节套配有加热器进行加热，配合保护气体更好的实现对镁合金液的转移。

本实施例中，石棉绳和石棉垫片作为高温密封件使用，在其他实施例中也可选用石墨垫片作为密封件。

实施例3：

在本装置之外的在熔化炉坩埚内熔炼AZ61镁合金，利用本装置，先通入保护氩气，镁合金液精炼完毕后，打开截流阀，通过压力利用移液管将纯净的镁合金液经压送至中间包5内，压送完成后,利用中间包外旋转手柄升降流量调节圆锥6，流量调节圆锥6升起后，中间包5内的镁合金液进入凝结界面调节套15进而流入结晶器10，通过调节凝结界面调节套15的高度，确定最佳凝结界面位置后，抽拉引锭杆14进行正常的连续铸造过程，从而保证了大直径AZ61无氧化渣镁合金连铸棒铸件的连续生产。

本实施例中，采用对移液管、中间包和凝结界面调节套配有加热器进行加热，配合保护气体更好的实现对镁合金液的转移。

本实施例中，石棉绳和石棉垫片作为高温密封件使用，在其他实施例中也可选用石墨垫片作为密封件。

通过本发明的装置可可保证生产过程中镁合金熔体的纯净性以及镁合金铸件生产的半连续性，可调节凝结界面且制造简单，控制精度高，安全可靠。

Claims (7)

1.一种镁合金垂直半连续铸造装置，其特征在于，包括结晶器(10)，所述结晶器(10)顶部连接有中间包(5)，所述中间包(5)外部包裹设置有加热圈(9)；

所述中间包(5)包括引流容纳部和浇流调节部，所述引流容纳部与浇流调节部相互连通，且所述引流容纳部位于所述浇流调节部的上方；所述引流容纳部用于将外部的镁合金熔液引流并储存至其内，所述浇流调节部用于将引流容纳部内储存的镁合金熔液浇流至结晶器(10)内，并通过其外部的加热圈(9)来调节结晶器(10)内对应位置镁合金熔液的温度，以控制镁合金结晶坯料的凝结界面高度；

所述结晶器(10)和中间包(5)之间还设置有高度调节件(8)，所述高度调节件(8)用于通过改变其高度以调节所述中间包(5)的高度，进而调节所述浇流调节部在结晶器(10)内的位置；

所述浇流调节部包括与引流容纳部相连通的浇流道和凝结界面调节套(15)，所述凝结界面调节套(15)位于所述浇流道的底部，且其深入所述结晶器(10)内部；所述凝结界面调节套(15)与所述结晶器(10)之间设置有绝热密封材料；

所述凝结界面调节套(15)呈喇叭口状，所述喇叭口朝向结晶器(10)底部。

2.如权利要求1所述的一种镁合金垂直半连续铸造装置，其特征在于，所述引流容纳部包括与所述浇流道相连通的容纳空间，所述容纳空间内设置有移液管(12)，所述移液管(12)一端伸入容纳空间内，另一端连接至外部浇注炉，所述移液管(12)用于将外部浇注炉内的镁合金熔液引流至所述容纳空间内。

3.如权利要求2所述的一种镁合金垂直半连续铸造装置，其特征在于，所述浇流道与容纳空间的接口设置有流量调节圆锥(6)，所述流量调节圆锥(6)的前端朝向浇流道且呈锥形，其用于封闭或打开所述浇流道与容纳空间的接口，所述流量调节圆锥后端朝向容纳空间且呈柱形，所述流量调节圆锥(6)的后端连接丝杠，所述丝杠穿过所述容纳空间并固定在容纳空间外壁的丝杠螺母(2)上，且所述丝杠的外端部设置有旋转手柄(1)。

4.如权利要求3所述的一种镁合金垂直半连续铸造装置，其特征在于，所述容纳空间的顶部设置有进气管(3)，所述进气管(3)用于将外部保护气体引入所述容纳空间内部；所述容纳空间的侧壁上还设置有溢流口(4)。

5.如权利要求3或4所述的一种镁合金垂直半连续铸造装置，其特征在于，所述高度调节件(8)设置于所述加热圈(9)外部，且所述高度调节件(8)与加热圈(9)之间填充绝热层(7)。

6.如权利要求4所述的一种镁合金垂直半连续铸造装置，其特征在于，所述容纳空间内设置有滤渣板(11)，所述滤渣板(11)用于将从移液管(12)中流出的镁合金熔液进行过滤，以滤除镁合金残渣。

7.如权利要求1所述的一种镁合金垂直半连续铸造装置，其特征在于，所述结晶器(10)底部设置有引锭杆(14)，所述引锭杆(14)、结晶器(10)内壁和凝结界面调节套(15)之间形成镁合金熔液液腔(13)。

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